KR101234819B1 - Dc leakage current circuit braker - Google Patents

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Abstract

본 발명의 직류 누전 차단기는, 피측정 직류 전선로들이 관통되도록 형성된 환상코어와 그 환상코어를 감싸는 권선으로 구성되는 누전검출용 영상 변류기와, 상기 누전검출용 영상 변류기의 권선에 구형파 교류전원을 공급하는 누전검출용 구형파 교류전원 제공부로 구성되는 누설전류 검출부; 상기 누설전류 검출부의 권선에 여기되는 교류전류의 +반파와 -반파를 비교하여 누설전류의 크기 및 극성을 검출하는 누설전류 연산부; 상기 누설전류의 크기가 미리 정해둔 범위에 속하는지 여부에 대응되는 누전 차단용 제어신호를 생성하는 누전 차단용 제어신호 생성부; 상기 누전 차단용 제어신호에 따라 상기 피측정 직류 전선로들을 단로하는 개폐부;를 구비함을 특징으로 한다. The earth leakage circuit breaker of the present invention comprises: an earth leakage detection current transformer comprising an annular core formed so as to pass through the DC wires to be measured and a winding surrounding the annular core; and a square wave AC power supply to the windings of the earth leakage detection current transformer. Leakage current detecting unit consisting of a square wave AC power supply for detecting a ground fault; A leakage current calculator for detecting the magnitude and polarity of the leakage current by comparing a + half wave and a-half wave of the AC current excited by the winding of the leakage current detector; An earth leakage blocking control signal generation unit configured to generate an earth leakage blocking control signal corresponding to whether the magnitude of the leakage current falls within a predetermined range; And an opening / closing unit for disconnecting the DC lines to be measured according to the ground leakage blocking control signal.

Description

직류 누전차단기{DC LEAKAGE CURRENT CIRCUIT BRAKER}DC LEAKAGE CURRENT CIRCUIT BRAKER}

본 발명은 누전차단기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주택 태양광 발전 시스템 등에 구비되는 직류 전선로에서 대지로 누설전류가 흐르거나, 상기 직류 전선로에 과전류 또는 역전류가 흐르면 상기 직류 전선로를 단로하는 주택 태양광 발전 시스템용 직류 누전차단기에 관한 것이다.  The present invention relates to an earth leakage circuit breaker, and more particularly, a housing solar system for disconnecting the DC wire path when a leakage current flows to the ground or an overcurrent or reverse current flows in the DC wire path provided in a home photovoltaic power generation system. A direct current leakage circuit breaker for a photovoltaic system.

일반적인 주택 태양광 발전 시스템의 구성을 도시한 도 1을 참조하면, 주택 태양광 발전 시스템은 태양전지(100)와 인버터(102)를 구비하며, 상기 인버터(102)가 출력하는 전원 및 상용교류전원(104) 중 어느 하나가 부하(106)로 공급되거나, 상기 인버터(102)가 출력하는 전원이 상기 상용교류전원(104)으로 공급된다. 여기서, 상기한 전원의 공급경로를 제어하는 제어장치의 도시는 생략한다. Referring to FIG. 1, which shows the configuration of a typical residential photovoltaic power generation system, the residential photovoltaic power generation system includes a solar cell 100 and an inverter 102, and the power output from the inverter 102 and a commercial AC power source. Either one of the 104 is supplied to the load 106, or the power output from the inverter 102 is supplied to the commercial AC power 104. Here, illustration of the control device for controlling the above-described power supply path is omitted.

상기 태양전지(100)로부터의 직류 전원은 직류 전선로를 통해 상기 인버터(102)로 공급되는데, 상기 직류 전선로가 열화되면 상기 직류 전선로에서 대지로 누설 전류가 흐를 수 있었다. 특히 상기한 주택 태양광 발전 시스템은 비접지식이기 때문에 정(+) 극성의 직류 전선로와 부(-) 극성의 직류 전선로 모두 또는 어느 하나에서 대지로의 누설전류가 흐를 수 있었다. The DC power from the solar cell 100 is supplied to the inverter 102 through a DC cable line, and when the DC cable line is deteriorated, a leakage current may flow from the DC cable line to the ground. In particular, since the home photovoltaic power generation system is non-grounded, leakage current to the ground may flow in either or both of the positive polarity DC wire path and the negative polarity DC wire path.

또한 상기 주택 태양광 발전 시스템은 태양전지(100)가 인버터(102)를 통하여 상용교류전원(104)과 연결되어 있으므로, 상기 인버터(102)의 고장시 상기 태양전지(100)에서 상기 상용교류전원(104)으로 과전류가 흐르거나 상기 상용교류전원(104)에서 상기 태양전지(100)로 전류가 역류(이하, “역전류”라 한다)하는 경우가 발생할 수 있었다.
In addition, since the solar cell 100 is connected to the commercial AC power supply 104 through the inverter 102 in the residential photovoltaic power generation system, the commercial AC power supply in the solar cell 100 when the inverter 102 fails. An overcurrent flows to 104 or a current reverse flow (hereinafter referred to as "reverse current") from the commercial AC power supply 104 to the solar cell 100 may occur.

이러한 주택 태양광 발전 시스템의 직류 전선로에 대한 전기안전문제는 주택 태양광 발전 시스템이 보편화됨에 따라 더욱 대두되기 시작하였다. The electrical safety problem of the DC power line of the home photovoltaic power generation system began to emerge as the home photovoltaic power generation system became more common.

왜냐하면, 주택 태양광 발전 시스템에 구비되는 직류 전선로의 대지 절연 저항이 열화하여 상기 직류 전선로에서 대지로 누설 전류가 흐르는 누전이 발생할 수 있었으며, 이는 전기 화재 및 감전의 원인이 되었다. 또한 상기 누전을 방치하는 경우에는 불필요한 전력소비를 야기하여 주택 태양광 발전 시스템의 효율을 저하시키는 원인이 되었다. Because the earth insulation resistance of the DC line provided in the home photovoltaic power generation system is deteriorated, a short circuit may occur in which a leakage current flows from the DC line to the ground, which causes electric fire and electric shock. In addition, when the ground fault is left unnecessarily, an unnecessary power consumption is caused, which causes a decrease in the efficiency of the home photovoltaic power generation system.

그러나 주택 태양광 발전 시스템의 직류 전선로에 대해서는 누전에 대한 보호가 이루어지지 않고 있었다. However, there was no protection against short circuits for DC power lines in residential solar power systems.

이에따라 독일의 경우에는 주택 태양광 발전 시스템이 있는 주택에 대해서는, 화재가 발생하는 경우에 소방관의 감전 사고를 방지하기 위하여 상기 주택 태양광 발전 시스템의 직류 전선로를 원격에서 단로하는 직류 단로기(DC Disconnector)를 설치하고 있다.Accordingly, in the case of Germany, a DC disconnector which remotely disconnects the DC power line of the photovoltaic power generation system of a house in order to prevent an electric shock of fire fighters in case of a fire occurs in a house with a photovoltaic power generation system. Is installing.

또한 근래 주택 태양광 발전 시스템에서는 태양전지에 과전류가 흐르는 것을 방지하기 위하여 퓨즈를 사용함과 아울러 상기 태양전지에 역전류가 흐르는 것을 방지하기 위하여 다이오드를 사용하고 있다. 그러나 이와같이 퓨즈와 다이오드를 사용하는 방법은 퓨즈 교체의 불편함이 내재되어 있었고, 다이오드의 단락의 경우에는 이를 감지할 수 없어 태양전지가 급격하게 열화되는 문제가 내재되어 있었다. In recent years, a residential photovoltaic power generation system uses a fuse to prevent overcurrent from flowing into the solar cell and a diode to prevent reverse current from flowing into the solar cell. However, the method of using a fuse and a diode as described above has inherent inconvenience of replacing a fuse, and in the case of a short circuit of a diode, a problem of rapidly deteriorating a solar cell is inherent.

본 발명은 주택 태양광 발전 시스템 등에 구비되는 직류 전선로에 대한 전기안전 문제를 해소하기 위해, 상기 직류 전선로를 통해 누설전류 및 과전류, 역전류가 흐르는지를 검출하고, 그 검출결과에 따라 상기 직류 전선로를 단로하는 직류 누전차단기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다. The present invention is to detect whether the leakage current, overcurrent, reverse current flows through the DC line in order to solve the electrical safety problem for the DC line provided in a residential photovoltaic power generation system, etc., and according to the detection result It is an object of the present invention to provide a direct current leakage circuit breaker.

그리고 본 발명의 또 다른 목적은 주택 태양광 발전 시스템 등에 구비되는 직류 전선로에 대한 전기안전 문제를 해소하기 위해, 상기 직류 전선로를 통해 누설전류 및 과전류, 역전류가 흐르는지를 검출하고, 그 검출결과에 따라 상기 직류 전선로를 단로하는 누전차단 기능이 정상적으로 이루어지는지 테스트할 수 있게 하는 주택 태양광 발전 시스템용 직류 누전차단기를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to detect whether the leakage current, overcurrent, reverse current flows through the DC line in order to solve the electrical safety problem for the DC line provided in a solar photovoltaic power generation system, etc. Accordingly, the present invention provides a DC earth leakage breaker for a photovoltaic power generation system for testing whether an earth leakage blocking function for disconnecting the DC line is normally performed.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 직류 누전 차단기는, 피측정 직류 전선로들이 관통되도록 형성된 환상코어와 그 환상코어를 감싸는 권선으로 구성되는 누전검출용 영상 변류기와, 상기 누전검출용 영상 변류기의 권선에 구형파 교류전원을 공급하는 누전검출용 구형파 교류전원 제공부로 구성되는 누설전류 검출부; 상기 누설전류 검출부의 권선에 여기되는 교류전류의 +반파와 -반파를 비교하여 누설전류의 크기 및 극성을 검출하는 누설전류 연산부; 상기 누설전류의 크기가 미리 정해둔 범위에 속하는지 여부에 대응되는 누전 차단용 제어신호를 생성하는 누전 차단용 제어신호 생성부; 상기 누전 차단용 제어신호에 따라 상기 피측정 직류 전선로들을 단로하는 개폐부;를 구비함을 특징으로 한다. DC leakage circuit breaker of the present invention for achieving the above object is a current leakage detection current transformer comprising an annular core formed so that the DC wires to be measured and the winding surrounding the annular core, and the winding of the current leakage detection current transformer A leakage current detection unit comprising a square wave AC power supply unit for detecting a short circuit to supply a square wave AC power to the power supply; A leakage current calculator for detecting the magnitude and polarity of the leakage current by comparing a + half wave and a-half wave of the AC current excited by the winding of the leakage current detector; An earth leakage blocking control signal generation unit configured to generate an earth leakage blocking control signal corresponding to whether the magnitude of the leakage current falls within a predetermined range; And an opening / closing unit for disconnecting the DC lines to be measured according to the ground leakage blocking control signal.

상기한 본 발명은 주택 태양광 발전 시스템 등에 구비되는 직류 전선로를 통해 누설전류 및 과전류, 역전류가 흐르는지를 검출하고, 그 검출결과에 따라 상기 직류 전선로를 단로하여, 상기 주택 태양광 발전 시스템의 직류 전선로에 대한 전기안전을 도모할 수 있는 효과가 있다. The present invention described above detects whether a leakage current, an overcurrent, a reverse current flows through a DC cable line provided in a residential photovoltaic power generation system, and disconnects the DC cable line according to the detection result, so that the direct current of the residential photovoltaic power generation system is There is an effect that can promote the electrical safety of the line.

또한 본 발명은 주택 태양광 발전 시스템 등에 구비되는 직류 전선로를 통해 누설전류 및 과전류, 역전류가 흐르는지를 검출하고, 그 검출결과에 따라 상기 직류 전선로를 단로하는 누전차단 기능을 자체 테스트할 수 있게 하여 주택 태양광 시스템용 직류 누전차단기의 신뢰도를 높일 수 있는 효과가 있다. In addition, the present invention is to detect whether the leakage current, overcurrent, reverse current flows through the DC line provided in the solar photovoltaic power generation system, etc., and to self-test the earth leakage blocking function to disconnect the DC line according to the detection result There is an effect that can increase the reliability of the DC leakage circuit breaker for home solar system.

도 1은 종래의 주택 태양광 발전 시스템의 구성도.
도 2 및 도 4 및 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 주택 태양광 발전 시스템의 구성도.
도 3은 도 2의 누전 차단기의 상세 구성도. 1 is a block diagram of a conventional residential photovoltaic system.
2 and 4 and 5 is a block diagram of a residential photovoltaic power generation system according to a preferred embodiment of the present invention.
3 is a detailed configuration diagram of the earth leakage breaker of FIG. 2.

본 발명은 주택 태양광 발전 시스템 등에 구비되는 직류 전선로를 통해 누설전류 및 과전류, 역전류가 흐르는지를 검출하고, 그 검출결과에 따라 상기 직류 전선로를 단로하여, 상기 주택 태양광 발전 시스템의 직류 전선로에 대한 전기안전을 도모한다. The present invention detects whether a leakage current, an overcurrent, a reverse current flows through a direct current line provided in a residential photovoltaic power generation system, and disconnects the direct current line according to the detection result, thereby providing a direct current to the direct current Promote electrical safety

또한 본 발명은 주택 태양광 발전 시스템 등에 구비되는 직류 전선로를 통해 누설전류 및 과전류, 역전류가 흐르는지를 검출하고, 그 검출결과에 따라 상기 직류 전선로를 단로하는 누전차단 기능을 자체 테스트할 수 있게 하여 주택 태양광 시스템용 직류 누전차단기의 신뢰도를 높인다.
In addition, the present invention is to detect whether the leakage current, overcurrent, reverse current flows through the DC line provided in the solar photovoltaic power generation system, etc., and to self-test the earth leakage blocking function to disconnect the DC line according to the detection result Improve the reliability of DC leakage breaker for home solar system.

<주택 태양광 발전 시스템의 구성><Configuration of Housing Solar Power Generation System>

이러한 본 발명에 따르는 주택 태양광 발전 시스템의 구성을 도 2를 참조하여 상세히 설명한다.The configuration of the home photovoltaic power generation system according to the present invention will be described in detail with reference to FIG. 2.

상기 주택 태양광 발전 시스템은 태양전지(200)와 직류 누전 차단기(202)와 인버터(204)를 구비하며, 상기 인버터(204)가 출력하는 전원 및 상용교류전원(206) 중 어느 하나가 부하(208)로 공급되거나, 상기 인버터(204)가 출력하는 전원이 상기 상용교류전원(206)으로 공급된다. 여기서, 상기한 전원의 공급경로를 제어하는 제어장치의 도시는 생략한다. The home photovoltaic power generation system includes a solar cell 200, a DC leakage circuit breaker 202, and an inverter 204, and any one of a power source and a commercial AC power source 206 output from the inverter 204 is loaded ( The power supplied to the 208 or output from the inverter 204 is supplied to the commercial AC power 206. Here, illustration of the control device for controlling the above-described power supply path is omitted.

상기 태양전지(200)로부터의 직류전원은 직류 전선로들을 통해 상기 인버터(204)로 공급된다. DC power from the solar cell 200 is supplied to the inverter 204 through DC wires.

상기 태양전지(200)와 상기 인버터(204)의 사이에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 직류 누전 차단기(202)가 연결된다. DC leakage circuit breaker 202 according to a preferred embodiment of the present invention is connected between the solar cell 200 and the inverter 204.

상기 직류 누전 차단기(202)는 상기 직류 전선로들에서 누전이 발생되거나, 상기 태양전지(200)에서 상기 상용교류전원(206)으로 과전류가 흐르거나, 상기 상용교류전원(206)에서 상기 태양전지(200)로 전류가 역류하는 경우를 검출하고, 그 검출결과에 따라 상기 직류 전선로들을 단로한다. The DC leakage breaker 202 may have a short circuit occurring in the DC wire paths, an overcurrent may flow from the solar cell 200 to the commercial AC power supply 206, or the solar cell may be connected to the commercial AC power supply 206. 200, a case in which current flows back is detected, and the DC lines are disconnected according to the detection result.

또한 상기 누전 차단기(202)는 관리자의 요청에 따라 상기 직류 전선로들을 단락시켜 임의로 누전상태를 만들고, 그 누전상태가 검출됨과 아울러, 그 검출결과에 따라 상기 직류 전선로들이 단로되는 누전 기능이 정상적으로 이루어지는지를 테스트하는 기능을 구비한다.
In addition, the earth leakage breaker 202 short-circuits the DC wire paths at the request of an administrator to create an electric leakage state at random, and detects the electric leakage state, and whether the earth leakage function of disconnecting the DC wire lines is normally performed according to the detection result. It has the function to test.

<누전 차단기의 구성><Configuration of earth leakage breaker>

상기한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 누전 차단기(202)의 구성을 도 3을 참조하여 설명한다. The configuration of the earth leakage breaker 202 according to the preferred embodiment of the present invention described above will be described with reference to FIG. 3.

상기 누전 차단기(202)는 누설전류 검출부(A)와, 부하전류 검출부(B)와, 제1제어신호 생성부(C)와, 제2제어신호 생성부(D)와, 개폐부(E)와, 누전시험부(F)로 구성된다.The earth leakage breaker 202 includes a leakage current detector A, a load current detector B, a first control signal generator C, a second control signal generator D, an opening and closing unit E, , Earth leakage test part (F).

상기 누설전류 검출부(A)는 제1 및 제2직류 전선로(300,302)를 통해 흐르는 누설전류에 대응되는 누설전류 검출전류를 생성하여 출력한다.  The leakage current detection unit A generates and outputs a leakage current detection current corresponding to the leakage current flowing through the first and second DC lines 300 and 302.

여기서, 제1직류 전선로(300)의 대지절연저항(400)의 열화에 의한 누설전류(408)는 도 4에 도시한 바와 같이 제1직류 전선로(300)와 대지절연저항(400), 접지(406), 인버터(204)의 출력 전선로(404), 제2직류 전선로(302)로 흐른다. 그리고 제2직류 전선로(302)의 대지절연저항(500)의 열화에 의한 누설전류(502)는 도 5에 도시한 바와 같이 제1직류 전선로(300)에서 인버터(204)의 출력 전선로(404), 접지(406), 대지절연저항(500)을 거쳐 제2직류 전선로(302)로 흐른다. 이와같이 제1 및 제2직류 전선로(300,302) 각각에 대해 누설전류가 흐를 수 있으므로, 본 발명은 제1 및 제2직류 전선로(300,302) 각각에 대한 누설전류를 검출한다. Here, the leakage current 408 due to deterioration of the earth insulation resistance 400 of the first DC wire path 300 is the first DC wire path 300 and the earth insulation resistance 400, Ground 406, output line 404 of inverter 204, and second direct current line 302. In addition, the leakage current 502 caused by deterioration of the ground insulation resistance 500 of the second direct current line 302 is from the first direct current line 300 to the output line of the inverter 204. 404, ground 406, earth insulation resistance 500 flows to the second direct current line 302. As such, since the leakage current may flow in each of the first and second DC lines 300 and 302, the present invention detects the leakage current in each of the first and second DC lines 300 and 302.

상기한 누설전류 검출부(A)는 제1직류 전선로(300)와 제2직류 전선로(302)를 동시에 관통하도록 형성한 강자성체의 환상코어(ring core)와 상기 환상코어에 감긴 권선으로 구성되는 제1영상변류기(312)와, 제1구형파 교류전원 제공부(316)로 구성된다. The leakage current detecting unit (A) is composed of a ring core of a ferromagnetic material formed so as to pass through the first direct current line 300 and the second direct current line 302 at the same time, and a winding wound around the annular core. The first image current transformer 312 and the first square wave AC power supply unit 316 are configured.

상기 제1구형파 교류전원 제공부(316)는 제1구형파 교류전원을 생성하여 출력하며, 상기 제1구형파 교류전원은 상기 제1영상변류기(312)의 권선으로 제공된다.The first square wave AC power supply unit 316 generates and outputs a first square wave AC power, and the first square wave AC power is provided to the winding of the first current transformer 312.

상기 제1영상변류기(312)의 권선에는 상기 제1 및 제2직류 전선로(300,302)의 누설전류의 극성과 크기에 비례하는 교류전류가 여기된다. An AC current proportional to the polarity and magnitude of the leakage current of the first and second DC wires 300 and 302 is excited in the winding of the first current transformer 312.

좀더 설명하면, 상기 제1구형파 교류전원을 환상코어에 감긴 권선에 제공하면, 상기 권선에 교류전류가 흐르게 된다. 이에따라 상기 환상코어에는 피측정 직류전류에 의한 직류자계와 교류전류에 의한 교번자계가 동시에 발생한다. 상기 강자성체의 환상코어는 자기포화 현상에 의해 상기 직류자계의 방향과 상기 교번자계의 방향이 같을 때는 많이 포화되고 상기 직류자계의 방향과 상기 교번자계의 방향이 반대일 때는 적게 포화된다. In more detail, when the first square wave AC power is provided to a winding wound on an annular core, an AC current flows through the winding. As a result, the annular core simultaneously generates a direct current magnetic field due to the DC current to be measured and an alternating magnetic field due to the AC current. The annular core of the ferromagnetic material is saturated when the direction of the DC magnetic field and the alternating magnetic field are the same due to magnetic saturation, and less when the direction of the alternating magnetic field is opposite to the direction of the alternating magnetic field.

즉, 제1 및 제2직류 전선로(300,302) 각각에 대해 누설전류가 존재하지 않아 제1 및 제2직류 전선로(300,302)에 흐르는 직류 전류에 의한 직류 자계가 서로 상쇄되는 경우에는 피측정 직류전류가 없어 직류자계가 없으므로 교류전류의 +반파와 -반파가 극성만 반대이고 크기(절대치)가 같은 전류가 흐른다. 그러나 제1 및 제2직류 전선로(300,302) 중 어느 하나에 의한 열화에 의해 누설전류가 흐르는 경우에는 피측정 직류전류가 흐르므로 교류전류의 +반파와 -반파의 크기가 달라진다. That is, when there is no leakage current for each of the first and second DC lines 300 and 302, and the DC magnetic fields due to the DC current flowing through the first and second DC lines 300 and 302 cancel each other, the DC to be measured is measured. Because there is no current, there is no DC magnetic field, so the + and -waves of the AC current have the opposite polarity and the same magnitude (absolute value) flows. However, when the leakage current flows due to deterioration by any one of the first and second DC wire lines 300 and 302, the DC current under measurement flows, so the magnitudes of the + half wave and the − half wave of the AC current are different.

상기 피측정 직류전류가 +극성이면 상기 교류전류의 +반파 기간에는 상기 직류자계와 상기 교류자계가 서로 합해지기 때문에 상기 환상코어가 많이 포화되어 권선의 인덕턴스가 상대적으로 많이 감소한다. 이와 반대로 상기 교류전류의 -반파 기간에는 상기 직류자계와 상기 교류자계가 서로 감해지기 때문에 상기 환상코어가 적게 포화되어 권선의 인덕턴스가 상대적으로 적게 감소한다. 따라서 교류전류의 +반파 기간의 전류가 -반파 기간의 전류보다 크기가 커진다. If the DC current to be measured is + polar, the DC magnetic field and the AC magnetic field are added to each other in the + half wave period of the AC current, so that the annular core is saturated and the inductance of the winding is relatively reduced. On the contrary, in the half-wave period of the AC current, the DC magnetic field and the AC magnetic field are subtracted from each other, so that the annular core is less saturated and the inductance of the winding is relatively reduced. Therefore, the current in the + half wave period of the AC current becomes larger than the current in the-half wave period.

또한 상기 직류전류가 -극성이면 상기 교류전류의 +반파 기간에는 상기 환상코어가 적게 포화되고 상기 교류전류의 -반파 기간에는 상기 환상코어가 많이 포화되어 상기 교류전류의 -반파 기간의 전류가 +반파 기간의 전류보다 크기가 커진다.In addition, if the DC current is polar, the annular core is less saturated in the + half wave period of the AC current, and the annular core is much saturated in the-half wave period of the AC current, so that the current in the-half wave period of the AC current is + half wave. The magnitude becomes larger than the current of the period.

이에따라 상기 권선에 흐르는 교류전류의 +반파와 -반파의 크기를 비교하면 피측정 직류전류의 극성과 크기를 알 수 있다. 즉, 교류전류의 +반파의 크기가 -반파의 크기보다 크면 피측정 직류전류의 극성은 +이고 직류전류의 크기는 교류전류의 +반파의 크기와 -반파의 크기의 차에 비례한다. 그리고 교류전류의 -반파의 크기가 +반파의 크기보다 크면 피측정 직류전류의 극성은 -이고 직류전류의 크기는 -반파의 크기와 +반파의 크기의 차에 비례한다.Accordingly, by comparing the magnitudes of the + half wave and the − half wave of the AC current flowing through the winding, the polarity and magnitude of the DC current to be measured can be known. That is, if the magnitude of the + half wave of the AC current is greater than the magnitude of the-half wave, the polarity of the DC current to be measured is + and the magnitude of the DC current is proportional to the difference between the magnitude of the + half wave and the-half wave of the AC current. If the magnitude of the half-wave of the AC current is larger than the magnitude of the half-wave, the polarity of the measured DC current is-and the magnitude of the DC current is proportional to the difference between the magnitude of the half-wave and the magnitude of the half-wave.

상기한 권선에 흐르는 전류는 상기 제1제어신호 생성부(C)에 입력된다.The current flowing through the winding is input to the first control signal generator C.

상기 제1제어신호 생성부(C)는 상기 권선에 여기되는 교류전류를 입력받아 그 교류전류의 +반파와 -반파의 크기를 비교하여 피측정 직류전류의 극성 및 크기를 검출하고, 그 크기가 미리 정해둔 상하한 기준치를 벗어나면 개폐기구들(342,344)을 개로(OPEN)하여 상기 제1 및 제2직류 전선로(300,302)를 단로시키는 제1제어신호를 생성하여 개폐기구 구동코일(326)에 제공한다. The first control signal generator C receives the AC current excited by the winding and compares the magnitude of the + half wave and the-half wave of the AC current to detect the polarity and magnitude of the DC current under measurement, and the magnitude Opening the opening and closing mechanisms 342 and 344 when the predetermined upper and lower limit values deviate, and generating the first control signal to disconnect the first and second DC wire paths 300 and 302, the opening and closing mechanism driving coil 326. To provide.

상기한 제1제어신호 생성부(C)는 제1전류 연산부(318)와 제1상한 기준치 제공부(320)와 제1비교기(322)와 제1하한 기준치 제공부(324)로 구성된다. The first control signal generator C includes a first current calculator 318, a first upper limit reference value providing unit 320, a first comparator 322, and a first lower limit reference value providing unit 324.

상기 제1전류 연산부(318)는 상기 권선에 여기되는 교류전류를 입력받아 -반파와 +반파의 차를 구하여 상기 피측정 직류전류의 극성 및 크기를 검출하고, 그 피측정 직류전류의 크기값을 상기 제1비교기(322)에 제공함과 아울러 상기 피측정 직류전류의 극성정보를 상기 고장표시장치(328)로 제공한다. The first current calculating unit 318 receives the AC current excited by the winding, obtains a difference between the half wave and the + half wave, detects the polarity and magnitude of the DC current under measurement, and measures the magnitude value of the DC current under measurement. In addition to the first comparator 322, the polarity information of the DC current to be measured is provided to the failure display device 328.

상기 제1비교기(322)는 상기 제1전류 연산부(318)가 제공하는 상기 피측정 직류전류의 크기값이 제1상한 기준치 제공부(320)가 제공하는 제1상한 기준치와 제1하한 기준치 제공부(324)가 제공하는 제1하한 기준치 사이를 벗어나면 상기 제1제어신호를 생성하여 상기 개폐부(E) 및 상기 고장표시장치(328)로 제공한다. 상기 제1상한 기준치와 상기 제2상한 기준치는 제1 및 제2직류 전선로(300,302)에서의 허용 누설전류 값에 따라 설정한다. 예를 들어, 제1 및 제2직류 전선로(300,302)의 허용 누설전류 값을 30mA라고 하면 상한 기준치는 +30mA, 하한 기준치는 -30mA로 설정될 수 있다.The first comparator 322 may include a first upper limit reference value and a first lower limit reference value provided by the first upper limit reference value providing unit 320 to the magnitude value of the DC current to be measured provided by the first current calculating unit 318. When the distance from the first lower limit reference value provided by the study 324 is generated, the first control signal is generated and provided to the opening / closing part E and the failure display device 328. The first upper limit reference value and the second upper limit reference value are set according to allowable leakage current values in the first and second DC wire paths 300 and 302. For example, if the allowable leakage current values of the first and second DC lines 300 and 302 are 30 mA, the upper limit reference value may be set to +30 mA and the lower limit reference value to −30 mA.

상기 부하전류 검출부(B)는 제1직류 전선로(300)로 흐르는 과전류 또는 역전류에 대응되는 부하전류 검출전류를 생성하여 출력한다. The load current detection unit B generates and outputs a load current detection current corresponding to an overcurrent or a reverse current flowing through the first DC line 300.

상기한 부하전류 검출부(B)는 제1직류 전선로(300)를 관통하도록 형성한 강자성체의 환상코어(ring core)와 상기 환상코어에 감긴 권선으로 구성되는 제2영상변류기(314)와, 제2구형파 교류전원 제공부(330)로 구성된다. The load current detector B includes a second image current transformer 314 including a ring core of a ferromagnetic material formed to penetrate the first DC wire path 300, and a winding wound around the ring core. It consists of a two-square wave AC power supply unit 330.

상기 제2구형파 교류전원 제공부(330)는 제2구형파 교류전원을 생성하여 출력하며, 상기 제2구형파 교류전원은 상기 제2영상변류기(314)의 권선으로 제공된다. The second square wave AC power supply unit 330 generates and outputs a second square wave AC power, and the second square wave AC power is provided as a winding of the second image current transformer 314.

상기 제2영상변류기(314)의 권선에는 상기 제1직류 전선로(300) 또는 제2직류 전선로(302)로 흐르는 과전류 또는 역전류에 대응되는 교류전류가 여기된다.
An alternating current corresponding to an overcurrent or a reverse current flowing through the first direct current line 300 or the second direct current line 302 is excited in the winding of the second current transformer 314.

좀 더 설명하면, 상기 제2구형파 교류전원이 환상코어에 감긴 권선에 제공되면, 상기 권선에 교류전류가 흐르게 된다. 이에따라 상기 환상코어에는 피측정 직류전류에 의한 직류자계와 교류전류에 의한 교번자계가 동시에 발생한다. 상기 강자성체의 환상코어는 자기포화 현상에 의해 상기 직류자계의 방향과 상기 교번자계의 방향이 같을 때는 많이 포화되고 상기 직류자계의 방향과 상기 교번자계의 방향이 반대일 때는 적게 포화된다.In more detail, when the second square wave AC power is provided to the winding wound on the annular core, the AC current flows through the winding. As a result, the annular core simultaneously generates a direct current magnetic field due to the DC current to be measured and an alternating magnetic field due to the AC current. The annular core of the ferromagnetic material is saturated when the direction of the DC magnetic field and the alternating magnetic field are the same due to magnetic saturation, and less when the direction of the alternating magnetic field is opposite to the direction of the alternating magnetic field.

우선 정상적인 부하전류가 흐르는 경우에는, 정상적인 부하전류에 해당되는 크기의 직류자계가 존재하므로, 상기 교류전류의 +반파 기간에는 상기 정상적인 부하전류에 의한 직류자계와 상기 교류자계가 서로 합해지기 때문에 상기 환상코어가 더 많이 포화되어 권선의 인덕턴스가 상대적으로 더 많이 감소한다. 이와 반대로 상기 교류전류의 -반파 기간에는 상기 정상적인 부하전류에 의한 직류자계와 상기 교류자계가 서로 감해지기 때문에 상기 환상코어가 더 적게 포화되어 권선의 인덕턴스가 상대적으로 더 적게 감소한다. 따라서 교류전류의 +반파 기간의 전류가 -반파 기간의 전류에 비해 크기가 커진다. First, when a normal load current flows, a DC magnetic field having a size corresponding to a normal load current exists, so that the DC magnetic field due to the normal load current and the AC magnetic field are added to each other in the + half wave period of the AC current. The more saturated the core, the relatively smaller the inductance of the windings. On the contrary, in the half-wave period of the alternating current, since the direct current magnetic field and the alternating magnetic field caused by the normal load current are subtracted from each other, the annular core is less saturated, and the inductance of the winding is relatively reduced. Therefore, the current in the + half wave period of the AC current becomes larger than the current in the-half wave period.

그런데, 과전류가 흐르는 경우, 과전류는 정상적인 부하전류와 방향이 같고 크기가 더 크기 때문에, 교류전류의 +반파 기간의 전류와 -반파 기간의 전류의 차이는 정상적인 부하전류가 흐를 때의 +반파 기간의 전류와 -반파 기간의 전류의 차이보다 더 커지게 된다.However, when overcurrent flows, the overcurrent is in the same direction as the normal load current and larger in magnitude, so that the difference between the current of the half-wave period of the alternating current and the current of the half-wave period of the alternating current is the + halfwave period of the normal load current. It is larger than the difference between the current and the current in the half-wave period.

그리고 역전류가 흐르는 경우, 역전류는 정상적인 부하전류와 방향이 반대이므로, 상기 교류전류의 +반파 기간에는 상기 환상코어가 더 적게 포화되고 상기 교류전류의 -반파 기간에는 상기 환상코어가 더 많이 포화된다. 따라서, 역전류가 흐르는 경우에는, 정상적인 부하전류가 흐를때와는 반대로, 상기 교류전류의 -반파 기간의 전류가 +반파 기간의 전류보다 더 커진다.And when reverse current flows, reverse current is opposite from normal load current, so the annular core is less saturated in the + half wave period of the AC current and the annular core is more saturated in the-half wave period of the AC current. do. Therefore, when the reverse current flows, the current in the -half wave period of the AC current becomes larger than the current in the + half wave period, as opposed to when the normal load current flows.

이에 따라 상기 권선에 흐르는 교류전류의 +반파와 -반파의 크기를 비교하면 과전류 또는 역전류가 흐르는지를 알 수 있다. Accordingly, by comparing the magnitudes of the + half wave and the − half wave of the AC current flowing through the winding, it is possible to know whether an overcurrent or a reverse current flows.

상기한 권선에 흐르는 전류는 상기 제2제어신호 생성부(D)에 입력된다.The current flowing through the winding is input to the second control signal generator D.

상기 제2제어신호 생성부(D)는 상기 권선에 여기되는 교류전류를 비교받아 연산하여 피측정 직류전류의 극성 및 크기를 검출하고, 그 극성 및 크기가 미리 정해둔 상하한 기준치를 벗어나면 개폐기구들(342,344)을 개로(OPEN)하여 상기 제1 및 제2직류 전선로(300,302)를 단로시키는 제2제어신호를 생성하여 개폐기구 구동코일(326)에 제공한다. The second control signal generating unit (D) detects the polarity and magnitude of the DC current to be measured by comparing and calculating the AC current excited by the winding, and opens and closes when the polarity and magnitude are outside the predetermined upper and lower reference values. OPEN the mechanisms 342 and 344 to generate a second control signal for disconnecting the first and second DC wire paths 300 and 302 and provide it to the opening and closing mechanism driving coil 326.

상기한 제2제어신호 생성부(D)는 제2전류 연산부(332)와 제2상한 기준치 제공부(338)와 제2비교기(336)와 제2하한 기준치 제공부(334)로 구성된다. The second control signal generator D includes a second current calculator 332, a second upper limit reference value providing unit 338, a second comparator 336, and a second lower limit reference value providing unit 334.

상기 제2전류 연산부(334)는 상기 권선에 여기되는 교류전류를 입력받아 -반파와 +반파의 차를 구하여 상기 피측정 직류전류의 극성 및 크기를 검출하고, 그 피측정 직류전류의 크기값을 상기 제2비교기(336)에 제공함과 아울러, 상기 극성정보를 고장표시장치(328)로 제공한다. The second current calculating unit 334 receives the AC current excited by the winding, obtains a difference between the half wave and the + half wave, detects the polarity and magnitude of the DC current under measurement, and measures the magnitude value of the DC current under measurement. In addition to the second comparator 336, the polarity information is provided to the failure display device (328).

상기 제2비교기(336)는 상기 제2전류 연산부(332)가 제공하는 상기 피측정 직류전류의 크기값이 제2상한 기준치 제공부(338)가 제공하는 제2상한 기준치와 제2하한 기준치 제공부(334)가 제공하는 제2하한 기준치 사이를 벗어나면 상기 제2제어신호를 생성하여 상기 개폐부(E) 및 고장표시장치(328)로 제공한다. 상기 제2상한 기준치와 상기 제2하한 기준치는 제1 및 제2직류 전선로(300,302)의 허용 부하전류 값에 따라 설정한다. 예를 들어 태양전지의 정격 부하전류가 30A이고 허용 역전류가 1A라면 상한 기준치는 +30A로 하고 하한 기준치는 -1A로 설정될 수 있다. The second comparator 336 has a second upper limit reference value and a second lower limit reference value provided by the second upper limit reference value providing unit 338 in which the magnitude value of the DC current to be measured provided by the second current calculating unit 332 is provided. When the distance between the second lower limit reference values provided by the study 334 is generated, the second control signal is generated and provided to the opening / closing part E and the fault display device 328. The second upper limit reference value and the second lower limit reference value are set according to the allowable load current values of the first and second direct current lines 300 and 302. For example, if the rated load current of the solar cell is 30A and the allowable reverse current is 1A, the upper limit reference value may be set to + 30A and the lower limit reference value may be set to -1A.

상기 개폐부(E)는 개폐기구 구동권선(Trigger Coil)(326)과 제1 및 제2개폐장치(342,344)로 구성된다. 상기 개패기구 구동권선(326)은 상기 제1 및 제2제어신호에 의해 구동하여 상기 제1 및 제2개폐장치(342,344)를 구동한다. 상기 제1 및 제2개폐장치(342,344)는 스위치 기어(Switchgear)로서 상기 제1 및 제2직류 전선로(300,302)에 연결되어, 상기 개폐기구 구동권선(326)의 구동에 따라 상기 제1 및 제2직류 전선로(300,302)를 개로(OPEN)하여 상기 제1 및 제2직류 전선로(300,302)를 단로시킨다. 그리고 상기 제1 및 제2개폐장치(342,344)의 폐로는 수동으로 이루어진다. The opening and closing portion (E) is composed of a switch mechanism winding (Trigger Coil) 326 and the first and second opening and closing devices (342,344). The opening and closing mechanism driving winding 326 is driven by the first and second control signals to drive the first and second opening and closing devices 342 and 344. The first and second opening and closing devices 342 and 344 are connected to the first and second DC wires 300 and 302 as switchgears, and are driven by the opening and closing mechanism driving windings 326. Opening the second DC wire paths 300 and 302 to disconnect the first and second DC wire paths 300 and 302. And the closing of the first and second opening and closing device (342,344) is made manually.

상기 고장표시장치(328)는 4개의 경보등으로 구성되며 제1제어신호 생성부(C)로부터의 제1제어신호와 피측정 전류의 극성정보 및 제2제어신호 생성부(D)로부터의 제2제어신호와 피측정 전류의 극성정보를 제공받아 제1 및 제2직류 전선로(300,302) 각각에서의 누전, 과전류 및 역전류 상태를 판별하고, 그 판별결과를 표시하여 안내한다.The fault display device 328 is composed of four alarm lamps and includes the first control signal from the first control signal generator C, the polarity information of the current to be measured, and the second from the second control signal generator D. The information on the polarity of the control signal and the current to be measured is provided to discriminate the state of leakage, overcurrent, and reverse current in each of the first and second DC lines 300 and 302, and the result of the determination is displayed and guided.

또한 누전시험부(F)는 직류 누전 차단기(202)가 정상적으로 동작하는지를 시험하기 위한 것으로, 제2직류 전선로(302)로 모의 누설전류를 제공하기 위하여 서로 직렬 연결된 제1저항(350)과 제1버튼(346)을 구비하고, 제1직류 전선로(300)로 모의 누설전류를 제공하기 위하여 서로 직렬 연결된 제2저항(352)과 제2버튼(348)을 구비한다. In addition, the ground fault test unit F is for testing whether the DC ground fault breaker 202 operates normally. The first resistor 350 and the first resistor 350 connected to each other in series to provide a simulated leakage current to the second direct current line 302 are provided. One button 346 is provided, and a second resistor 352 and a second button 348 connected in series with each other to provide a simulated leakage current to the first DC wire 300 are provided.

상기 직렬 연결된 제1저항(350)과 제1버튼(346)은 제1직류 전선로(300) 중 제1영상변류기(312)와 +부하단자(310)의 접점과 제2직류 전선로(302) 중 제1영상변류기(312)와 -전원단자(304) 의 접점의 사이에 연결된다. The first resistor 350 and the first button 346 connected in series are the contacts of the first image transformer 312 and the + load terminal 310 and the second DC wire path 302 of the first DC wire path 300. ) Is connected between the first image current transformer 312 and the contact of the -power terminal 304.

상기 직렬 연결된 제2저항(352)과 제2버튼(348)은 제2직류 전선로(302) 중 제1영상변류기(312)와 -부하단자(308)의 접점과 제1직류 전선로(300) 중 제1영상변류기(312)와 +전원단자(306)의 접점의 사이에 연결된다. The second resistor 352 and the second button 348 connected in series are connected to the contact of the first image current transformer 312 and the -load terminal 308 and the first direct current line 300 of the second direct current line 302. ) Is connected between the first image current transformer 312 and the contact of the + power supply terminal 306.

상기 제1버튼(346)이 온(ON)되면 제2직류 전선로(302)에 대한 모의 누설전류가 흐르게 되며, 상기 제2버튼(348)이 온(ON)되면 제1직류 전선로(300)에 대한 모의 누설전류가 흐르게 되어, 직류 누전 차단기가 정상적으로 동작하는지를 시험할 수 있게 된다. When the first button 346 is ON, a simulated leakage current flows to the second DC wire path 302. When the second button 348 is ON, the first DC wire path 300 is turned on. A simulated leakage current flows into the circuit to test whether the DC leakage breaker operates normally.

상기한 실시예에서는 주택 태양광 발전 시스템에 적용한 예만을 들었으나, 본 발명에 따르는 직류 누전 차단기는 전기 자동차 등 직류 전원을 사용하는 다양한 시스템에 적용될 수 있다. In the above embodiment, only the example applied to the solar photovoltaic power generation system, but the DC leakage circuit breaker according to the present invention can be applied to various systems using a DC power source such as an electric vehicle.

200 : 태양전지
202 : 누전차단기
204 : 인버터
206 : 교류전원
208 : 부하200: solar cell
202: earth leakage breaker
204: Inverter
206: AC power
208: load

Claims (4)

직류 누전 차단기에 있어서,
피측정 직류 전선로들이 관통되도록 형성된 환상코어와 그 환상코어를 감싸는 권선으로 구성되는 누전검출용 영상 변류기와, 상기 누전검출용 영상 변류기의 권선에 구형파 교류전원을 공급하는 누전검출용 구형파 교류전원 제공부로 구성되는 누설전류 검출부;
상기 누설전류 검출부의 권선에 여기되는 교류전류의 +반파와 -반파를 비교하여 누설전류의 크기 및 극성을 검출하는 누설전류 연산부;
상기 누설전류의 크기가 미리 정해둔 범위에 속하는지 여부에 대응되는 누전 차단용 제어신호를 생성하는 누전 차단용 제어신호 생성부;
상기 누전 차단용 제어신호에 따라 상기 피측정 직류 전선로들을 단로하는 개폐부;
상기 피측정 직류 전선로들 중 어느 하나가 관통되도록 형성된 환상코어와 그 환상코어를 감싸는 권선으로 구성되는 과전류 또는 역전류 검출용 영상 변류기와, 상기 과전류 또는 역전류 검출용 영상 변류기의 권선에 구형파 교류전원을 공급하는 과전류 또는 역전류 검출용 구형파 교류전원 제공부로 구성되는 부하전류 검출부;
상기 부하전류 검출부의 권선에 여기되는 교류전류의 +반파와 -반파를 비교하여 과전류 또는 역전류의 크기 및 극성을 검출하는 전류 연산부;
상기 과전류 또는 역전류의 크기가 미리 정해둔 범위에 속하는지 여부에 대응되게 과전류 또는 역전류 차단용 제어신호를 생성하여 상기 개폐부에 제공하는 과전류 또는 역전류 차단용 제어신호 생성부; 및
상기 누전 검출용 영상 변류기에 모의 누설전류를 제공하는 누전 시험부;를 구비하며,
상기 개폐부가 상기 과전류 또는 역전류 차단용 제어신호에 따라 상기 피측정 직류 전선로들을 단로함을 함을 특징으로 하는 직류 누전 차단기.DC leakage circuit breaker,
An earth leakage detection video current transformer comprising an annular core formed to penetrate the DC wires under test, and a winding surrounding the annular core, and a square wave AC power supply unit for supplying a square wave AC power to the windings of the earth leakage detection current transformer. Leakage current detection unit configured;
A leakage current calculator for detecting the magnitude and polarity of the leakage current by comparing a + half wave and a-half wave of the AC current excited by the winding of the leakage current detector;
An earth leakage blocking control signal generation unit configured to generate an earth leakage blocking control signal corresponding to whether the magnitude of the leakage current falls within a predetermined range;
An opening / closing unit for disconnecting the DC lines to be measured according to the ground leakage blocking control signal;
An image current transformer for detecting an overcurrent or reverse current comprising an annular core formed so as to penetrate one of the DC wires to be measured and a winding surrounding the annular core, and a square wave AC power source in a winding of the image current transformer for detecting an overcurrent or reverse current. A load current detection unit configured to provide a square wave AC power supply unit for detecting an overcurrent or a reverse current for supplying power;
A current calculator configured to detect the magnitude and the polarity of the overcurrent or reverse current by comparing the + half wave and the-half wave of the AC current excited by the winding of the load current detector;
An overcurrent or reverse current blocking control signal generation unit configured to generate an overcurrent or reverse current blocking control signal and provide the control unit to the switching unit so as to correspond to whether the magnitude of the overcurrent or reverse current falls within a predetermined range; And
And an earth leakage test unit configured to provide a simulated leakage current to the earth leakage detection current transformer.
And the switching unit disconnects the DC lines to be measured according to the overcurrent or reverse current blocking control signal. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 누전차단용 제어신호, 누설전류의 극성정보, 상기 과전류 또는 역전류 차단용 제어신호 및 과전류 또는 역전류의 극성정보를 제공받아,
상기 피측정 직류 전선로 각각에 대한 누전 또는 과전류 또는 역전류 상태를 표시하는 표시장치;를 더 구비함을 특징으로 하는 직류 누전 차단기. The method of claim 1,
The earth leakage blocking control signal, leakage current polarity information, the overcurrent or reverse current blocking control signal and the overcurrent or reverse current polarity information,
And a display device for displaying an electric leakage, an overcurrent, or a reverse current state for each of the DC wires to be measured. 삭제delete
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